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Industrielle Absetzanlagen (IAA)

Enführungsvorlesung 2013 TU Bergakademie Freiberg 1

Industrielle Absetzanlagen

Begriffe und Gestaltung


Enführungsvorlesung 2013

Bedeutende Umweltereignisse mit IAA

1992 USA: In Colorado bricht der Damm eines Beckens, in dem eine Goldmine giftige Schlämme lagert. Im Alamosa River stirbt auf 25 Kilometern alles Leben. Der Betreiber geht in Konkurs. Die 80 Millionen Dollar für die Sanierung zahlt der Steuerzahler.

1993 Ecuador: Schlamm und Geröllmassen begraben nach einem Dammbruch eine Goldgräbersiedlung, 24 Tote.

1994 Südafrika: Der Damm der Harmony Mine bricht: 2,5 Millionen Tonnen Zyanidschlamm verschütten ein Goldgräberdorf, 17 Tote. Die Firma wird verurteilt.

1995 Guyana: Dammbruch in einer Goldmine: 2,5 Millionen Tonnen zyanidhaltiger Abraum laufen in einen Fluß. Die Region wird zum Katastrophengebiet erklärt.

1995 Philippinen: Drei Millionen Tonnen Giftschlamm überschwemmen beim Dammbruch einer Kupfermine 20 Dörfer. Das Gebiet wird mit Cadmium, Blei und Quecksilber verseucht.

1996 Schweden: In Lappland bricht der Damm einer Boliden-Mine. Bleiverseuchte Abwässer fließen in einen See.

1998 Spanien: In Südspanien entweicht in einer Boliden-Mine (Azñalcóllar) beim Bruch eines Dammes für schwermetallhaltige Schlämme die bislang größte Menge Gift: Fünf Millionen Kubikmeter Schwermetallschlamm fließen in einen Fluß und vergiften langfristig das wichtigste Vogelschutzgebiet Europas — die Doñana.



Dammbruch Azñalcóllar (1998)

Rückstände einer Zinn-/ Silberaufbereitung , Sevilla, Spanien



2000 Dammbruch Absetzbecken Goldaufbereitung Baia Mare (30.01.2000), Rumänien> 100000 m³ Natriumcyanidlauge mit Schwermetallen



Syncrude Tailings Damzweitgrößter Staudamm der Welt (Drei-Schluchten Damm, China) 540,000,000 m³Lage:

Fort McMurray, Alberta, Canada.

Syncrude Canada Ltd.

Athabasca OilSande.



Vergleich Flächeninanspruchnahme 1974 und 2004, Quelle BBC



Syncrude Absetzbecken für Restschlämme



Dammbruch Malvési, Frankreich, Uranaufbereitung, 30.000 m³



2007 Havarie Kalkteich Solvay Bernburg

Am 03.02.07 gegen 22.25 Uhr ereignete sich eine Havarie an einem Kalkteich der Solvay-Werke Bernburg. Hier brach an einem Kalkteich ein Damm und aus diesem Teich flossen in wenigen Sekunden ca. 200000 qbm Kalkschlamm, ca. 240000 Tonnen auf eine Landstraße zwischen Kleinpaschleben und Nienburg in Landkreis Bernburg. Die Straße ist auf einer Länge von 500 m, einer Breite von 150 m vier Meter hoch mit Kalkschlamm bedeckt. Menschen sind zum Glück nicht zu Schaden gekommen. Zur Zeit ist man mit großer Technik beim Aufräumen. Die Arbeiten sollen ca. 1 Woche dauern. Bei diesen Kalkteichen handelt es sich um eine Deponie für Kalk, welcher als Abfallprodukt bei der Sodaproduktion anfällt. Der havarierte Kalkteich war ca. 23 m hoch. Die Ursache ist noch vollkommen unklar.



Dammbruch IAA Kolontár

Am 4. Oktober 2010 brach um 12:25 Uhr nahe des im westlichen Ungarn gelegenen Ortes Kolontár der Damm eines Absetzbeckens einer Aluminiumhütte und rund 700 000 Kubikmeter Rotschlammergossen sich in die nahe gelegenen Orte Kolontár, Devecser und Somlóvásárhely. In den Schlammfluten starben 10 Menschen und 123 wurden verletzt.



Magcobar Mine in Silvermines, Irland, stillgelegt ohne Abschlussverwahrung



“Promoting Sustainable Development in the EU non-energy Extractive Industry” (Com(2000) 265 Final) “One essential requirement for achieving sustainable

development is the integration of environmental concerns into every stage of an operation from planning stage, to operational, to site restoration and aftercare”

“Safe operation on mining activities: a follow-up to recent mining accidents” (Com(2000) 664 final) Amendment of Seveso II Directive (Seveso-Dioxin) Best Available Techniques Document on waste-rock and

tailings Legislative initiative on mining waste



‘Reference document on Best Available Techniques (BAT) for Management of Tailings and Waste-Rock in Mining Activities’

Zielstellung: Hilfe zur Verhinderung von Schadensfällen mit Tailings und

Dämmen an industriellen Absetzanlagen Optimierung der Vorgehensweise in bei der Arbeit mit

Tailings und Abraumals Leitfaden für Behörden, Industrie, Sonstige Interessierte.



Directive 2006/21/EC of the European Parliament and of the Council on the management of waste from the extractive industries

http://ec.europa.eu



Waste Framework Directive (75/442/EEC as amended)General provisions and principles on all types of waste

Zielstellung: Vermeidung oder Verminderung der Erzeugung von

Rückständen oder ihrer Gefährlichkeit Recycling/Wiederbenutzung/Rückgewinnung/Energierückgewinn

ung Sichere Endlagerung Verursacherprinzip (Polluter pays principle) Umfasst Rückstände aus “Prospektion, Extraktion, Behandlung

und Lagerung von Mineralstoffen und der entsprechenden Aufbereitungsanlagen, insofern sie nicht durch anderes EU- oder nationeles Recht erfasst werden



Einsatzstoffe der extraktiven Industrie

Mineralische Rohstoffe zur Energiegewinnung

Nuklearbrennstoffe: Uran Fossile Brennstoffe: Mineralöl, Kohle, Ölschiefer, Ölsande

Metallische Rohstoffe, Erze

Einige Beispiele für Metalle: Eisenmetallurgie: Fe; Mn, Ni, Cr, Mo, W, V, Co Nichteisenmetalle: Cu, Pb, Zn (base metals); Sn, Al Edelmetalle: Au, Ag, Pt Seltene Erden: Sb, As, Be, Bi, Cd, Ce, Hg, Nb, Ta, Ti, Zr Spaltbere Mineralien: U, Th

Industrielle Mineralien, z.B. Solartechnik

Steine und Erden, z.B. Kiese und Sande



Industrielle Absetzanlagen (Industrial Tailings Ponds)

Wo werden sie angelegt ?

Wie werden sie gebaut ?

Worauf muss man beim Bau achten ?



Standortauswahlund Gestaltung

Bau der IAA

Zeitlicher Ablauf

Betrieb der Anlage

Abschluss,Sicherung und Nachsorge

Lebenszyklus einer IAA



Versickerung

Hauptdamm

Wasser zurückgehaltenin den Tailings

Sedimentationsbecken

Aufbereitung Tailingswasser

Zurückführung des Wassers

Regenfälle Verschiedene Zuflüsse

Wasser aus der Konsolidation der Tailings

Wasserreinigungsbecken

Nat. Abfluss

Kreislauf des Wassers in einer IAA



Anforderungen an eine Untersuchung des Standorts für eine IAA

• Definition der Untersuchungsziele abgestimmt auf die vorgesehene Anlage

• Voruntersuchungen, Zusammenstellung von Informationen zum Standort, zur Standorthistorie und den allgemeinen Bedingungen

• Erarbeitung eines ersten Modellkonzeptes für den StandortKlassifikation und Kategorisierung der Absetzanlage unter Berücksichtigung der Voruntersuchung und des erreichten Datenbestandes

• Prüfung der Qualität der EingangsdatenHinsichtlich der Art und der Zusammensetzung der Tailings, der zu erwartenden Kontaminationen, der Größe der Ablagerungsflächen und der umfassenden Bedingungen für das Objekt

• Erfassung der EingangsdatenErarbeitung einer Probennahme und Analysestrategie auf der Basis eines Qualitätssicherungsplanes, Aufstellung eines Feld- und Laboranalysenplanes

•Interpretation der Ergebnisse der Feld- und Laboranalysen



Einfache Talabriegelung

Multiple Talabriegelung



Einfaches Hangbeckenz.B. St. Egidien

Multiple Hangbeckenz.B. Lederfabrik Weida



IAA mit „Ringdämmen“, einfach (a) und segmentiert (b)Segmentierte Ringdämme z.B. Hochhalde Buna (Kalkschlämme)



Anlage von Absetzanlagen in Tälern mit Vorflutern

Verlegter Bachlauf



Wasserlamelle

Undurchlässiger Dammkern

FilterkörperWellenschlagsicherung

Konstruktion ähnlich eines eines Erdstaudammes als Abschlussbauwerk einerIndustriellen Ansetzanlage (IAA)



Verschiedene Bauweisen von Abschlussdämmen bei IAA

Autostabiler Dammaufbau

Pilotdamm

Pilotdamm

Pilotdamm



Sickerlinie

Typische Ausbildung einer Sickerlinie in einer IAAkf Untergrundk1 Randdämmek2 grobe Tailingsk3 feine Tailings Die Separation der Tailings erfolgt nach der Schwere (Korngröße)



Schrittweiser Aufbau des Absetzbeckens einer IAA

Pilotdamm

PilotdammEinspül-leitung

Sogn.Spül-strand

Wasser-entnahme

Sekundärdamm



PilotdammInneres Drainelement

DichtungsauflageWasserlamelle

Aufbau einer IAAmit permanenter Wasserlamelle



Nachweis der Standsicherheit für Tailingsdämme

Damm mit versagender Innendichtung und Dränage (hochliegende Sickerlinie)

1. Sickerlinie2. Pot. Bruchfläche3. Austrittspunkt SL4. Auflagefilter5. Fußfilter6. Dichtungskern

Wasserfläche



großer Abstand

Flache Randböschung

Hohes Freibord

Autostabiler Aufbau

1. Tailings2. Spülstrand (gröbere Bestandteile im Abschlussdamm3. Autostabile Randdämme4. Vorschüttung5. Wellenschlagsicherung



1. Gleiten auf der Dichtung 9. Setzungen des Abfallkörpers2. Geländebruch (Gleitkreise) global und lokal 10. Unverträgliche Setzungsdifferenzen3. Grundbruch, Tragfähigkeit des Auflagers 11. Schubverformungen des Abfallkörpers4. Gleiten in bevorzugten Schichten des Abfallkörpers 12. Standsicherheit und Verformungen von Schächten5. Schubverformung des Böschungsfußes (Spreizsicherheit)13. Tragfähigkeit der Dränagerohre6. Böschungsbruch des Randdammes 14. Lokaler Kollaps von weichen oder stark zersetzten Schichten7. Böschungsbruch an (belasteten) Bermen 15. Zusatzbelastung durch Aufhöhungen und Auffüllungen8. Setzungen des Untergrundes



IAA Helmsdorf

Abdeckung des Tailingskörpers



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf, Situation im Jahr 2001



IAA CulmitzschQuelle: Wismut



geogener Hintergrundwert

LangzeitverwahrungBetriebsphase Zeitraum der1958-1989 Verwahrungs-

arbeiten1990-2010

Zeit

Sch

adst

offe

mis

sion

Verminderung derSchadstoffemission durch- Abdeckung- Verringerung Sicker- wasserbildung- Verringerung Poren- wasseraustritt

Ziel:

Verbleib ohneüberwachungs- undinstandhaltungsbedingteEinrichtungen

Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Zielstellung der Sanierung / Verwahrung der Anlage



Möglichkeiten der Sanierung:

Nasse Verwahrung Trockene Verwahrung

Anforderungen an die Verwahrung abhängig von der lokalen Gefährdung der Bevölkerung.

Sanierung der Anlagen der Wismut – ausschließlich trockene Verwahrung



Aus der Entscheidung zur „trockenen Verwahrung“ ergeben sich die Sanierungsschritte:

- die Entfernung des Freiwassers im Sedimentationsbecken,

- der Aufbau einer Zwischenabdeckung als Voraussetzung für die nachfolgenden Arbeiten,

- die Herstellung einer endgültigen Geländekontur mit Schaffung der Voraussetzungen für eine Vorflut, die Konturierung des Geländes,

- der Abschluss der Anlage durch ein Endabdeckung.



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Endzustand - verwahrte Absetzanlage



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Stand der Sanierung 2003



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Zwischenabdeckung, schematische Darstellung Technologien



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Betriebseinrichtung für subaquatische Abdeckung



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Subaquatische Abdeckung - Verklappungsvorgang



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Kennwerte für die Tailings



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Systemdurchlässigkeit Tailings mit Vertikaldräns



Örtliche Veränderung der Scherfestigkeit



Regelquerschnitt der Zwischenabdeckung



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Einbringen der Drändochte



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Baggereinsatz zur konventionellen Abdeckung



Absetzanlage Uran -Tailings Helmsdorf Verschiebungen vor der Verhiebsfront



Oberflächenkontur/ -entwässerung u. ehemalige Tallagen

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